材料力学第3章 轴向拉压变形
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第三章 杆件的基本变形这一章主要研究材料力学的有关内容,主要研究各种构件在外力作用下的内力和变形。
在保证满足强度、刚度和稳定性的前提下,为构件选用适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸,以达到即安全又经济的目的。
材料力学的研究对象主要是“杆件”,所谓杆件是指纵向(长度方向)尺寸远比横向(垂直于长度方向)尺寸大的多的构件,例如柱、梁和传动轴等。
杆有两个主要的几何因素,即横截面和轴线。
横截面指的是垂直于轴线方向的截面,后者即为所有横截面形心的连线。
杆件在外力作用下产生的变形,因外力作用的方式不同而有下列四种基本形式:(1) 轴向拉压变形;(2) 剪切变形;(3) 扭转变形,(4) 弯曲变形。
在工程实际中,有些构件的变形虽然复杂,但总可以看作是由以上几种基本变形组合而成,称为组合变形。
第1节 拉伸和压缩在工程结构和机器中,有许多构件是轴向拉伸和压缩作用。
本节主要讨论轴向拉伸的压缩时杆的内力和变形,并对材料在受拉、压时的力学性能进行研究,从而得出轴向拉、压杆的强度计算方法。
1、 内力与截面法1、内力的概念杆件在外力作用下产生变形,其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。
显然,若外力消失,则内力也消失,外力增大,内力也增大。
但是对一定的材料来说,内力的增加只能在材料所特有的限度之内,超过这个限度,物体就会破坏。
所以,内力与强度是密切相关的。
2、截面法设一直杆,两端受轴向拉力F作用。
为了求出此杆任一截面m-m上的内力,,我们可以假想用一个平面,沿截面m_m将杆截断,把它分成Ⅰ、Ⅱ两部分,取Ⅰ段作为研究对象。
在Ⅰ段的截面m_m上到处都作用着内力,其合力为F N。
F N是Ⅱ段对Ⅰ段的作用力,并与外力F相平衡。
由于外力F的作用线沿杆件轴线,显然,截面m_m上的内力的合力也必然沿杆件轴线。
对Ⅰ段建立平衡方程:F N-F=0 得 F N=F将受外力作用的杆件假想地切开用以显示内力,并以平衡条件来确定其合力的方法,称为截面法。
第三章材料力学的基本概念第六节杆件变形的基本形式有下列说法,________是错误的。
a.杆件的几何特征是长度远大于横截面的尺寸b.杆件的轴线是各横截面形心的连线c.杆件的轴线必是直线d.a+b+c以下观点________就是恰当的。
a.与杆件轴线相正交的截面称为横截面b.对于同一杆件,各横截面的形状必定相同c.对于同一杆件,各横截面的尺寸必定相同d.对于同一杆件,各横截面必相互平行下列说法________是正确的。
a.与杆件轴线二者平行的横截面称作横截面b.对于同一杆件,各横截面的形状必定相同c.对于同一杆件,各横截面的尺寸不一定相同d.对同一杆件,各横截面必相互平行不管构件变形怎样繁杂,它们常常就是由________种基本变形形式所共同组成。
a.3b.4c.5d.6不管构件变形怎样复杂,它们常常是轴向拉压、________、扭转和弯曲等基本变形形式所组成。
a.位移b.错位c.膨胀d.剪切不管构件变形怎样繁杂,它们常常就是轴向拉压、剪切、________和________等基本变形形式所共同组成。
a.错位/收缩b.收缩/伸展c.伸展/改变d.改变/加速度在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生伸长变化的变形,称为________。
a.弯曲变形b.扭转变形c.轴向弯曲变形d.剪切变形在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生缩短变化的变形,称为________。
a.弯曲变形b.扭转变形c.轴向压缩变形d.剪切变形受到拉压变形的杆件,各横截面上的内力为________。
a.剪力b.扭矩c.弯矩d.轴力轴力的单位是________。
a.牛顿b.牛顿/米c.牛顿米d.牛顿/米2关于轴力,以下观点中________就是恰当的。
①轴力是轴向拉压杆横截面上唯一的内力;②轴力必垂直于杆件的横截面;③非轴向拉压的杆件,横截面上不可能有轴向力;④轴力作用线不一定通过杆件横截面的形心。
第三章杆件的基本变形这一章主要研究材料力学的有关内容,主要研究各种构件在外力作用下的内力和变形。
在保证满足强度、刚度和稳定性的前提下,为构件选用适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸,以达到即安全又经济的目的。
材料力学的研究对象主要是“杆件”,所谓杆件是指纵向(长度方向)尺寸远比横向(垂直于长度方向)尺寸大的多的构件,例如柱、梁和传动轴等。
杆有两个主要的几何因素,即横截面和轴线。
横截面指的是垂直于轴线方向的截面,后者即为所有横截面形心的连线。
杆件在外力作用下产生的变形,因外力作用的方式不同而有下列四种基本形式:(1)轴向拉压变形;(2)剪切变形;(3)扭转变形,(4)弯曲变形。
在工程实际中,有些构件的变形虽然复杂,但总可以看作是由以上几种基本变形组合而成,称为组合变形。
第一节拉伸和压缩在工程结构和机器中,有许多构件是轴向拉伸和压缩作用。
本节主要讨论轴向拉伸的压缩时杆的内力和变形,并对材料在受拉、压时的力学性能进行研究,从而得出轴向拉、压杆的强度计算方法。
一、内力与截面法1、内力的概念杆件在外力作用下产生变形,其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。
显然,若外力消失,则内力也消失,外力增大,内力也增大。
但是对一定的材料来说,内力的增加只能在材料所特有的限度之内,超过这个限度,物体就会破坏。
所以,内力与强度是密切相关的。
设一直杆,两端受轴向拉力F作用。
为了求出此杆任一截面m-m上的内力,,我们可以假想用一个平面,沿截面m_m 将杆截断,把它分成Ⅰ、Ⅱ两部分,取Ⅰ段作为研究对象。
在Ⅰ段的截面m_m上到处都作用着内力,其合力为F N。
F N是Ⅱ段对Ⅰ段的作用力,并与外力F相平衡。
由于外力F的作用线沿杆件轴线,显然,截面m_m上的内力的合力也必然沿杆件轴线。
对Ⅰ段建立平衡方程:F N-F=0 得F N=F将受外力作用的杆件假想地切开用以显示内力,并以平衡条件来确定其合力的方法,称为截面法。
所以求杆件内力的方法—截面法可概述如下:截取代平二、拉伸与压缩的受力、变形特点构件一般都为直杆,因此在计算中都可以简化为图3-2所示的受力简图。
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆,两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量,并确定其大小。
解:从横截面m-m将杆切开,横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x,即扭矩,其大小等于M。
1-2 如图所示,在杆件的斜截面m-m上,任一点A处的应力p=120 MPa,其方位角θ=20°,试求该点处的正应力ζ与切应力η。
解:应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°,故ζ=p cosα=120×cos10°=118.2MPaη=p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆,横截面上的正应力沿截面高度线性分布,截面顶边各点处的正应力均为ζmax=100 MPa,底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量,并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解:将横截面上的正应力向截面形心C简化,得一合力和一合力偶,其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解:第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力,并指出其最大值。
解:(a) F N AB=F, F N BC=0, F N,max=F(b) F N AB=F, F N BC=-F, F N,max=F(c) F N AB=-2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N,max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=-1 kN, F N,max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC,承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN,AB段的直径d1=40 mm。